虽然复合半器件使用tsv已有多年，但在大容量内存和逻辑应用程序中仍存在障碍。
杰夫·查佩尔著
在主流半导体应用中，在3D ic中采用tsv的一个问题是围绕临时晶圆键合和脱粘过程的吞吐量。这并不一定等同于一个障碍，但在这个问题和相关问题上肯定还有工作要做。
一方面，tsv已经被用于复合半导体和MEMS的制造，并且已经有十年左右的时间了。例如，目前消费设备中使用的许多图像传感器都采用了3D集成电路，而且这些集成电路正在大批量生产。
粘接设备供应商EV Group (EVG)的业务开发总监Thorsten Matthias指出，事实上，在目前生产的一些产品中，tsv已经使产品变得更好。在图像传感器的情况下，使用tsv可以使传感器产生更好的图像质量或更快地产生图像。“即使在一些最便宜的设备上，tsv也已经在有意义的地方实现了，”Matthias说。
但如果我们谈论的是消费设备的内存和逻辑，那么tsv的采用预测被推迟是有原因的。在堆叠硅中的tsv应用于生产之前，仍有一些障碍需要跨越。其中一个问题是临时粘接和脱粘过程的吞吐量。tsv主流化的另一个重大障碍涉及晶圆级测试。
“这个过程的吞吐量仍然很低，”高德纳公司的分析师马克·斯特隆伯格说。目前市场上的系统可以管理每小时20至25片晶圆的吞吐量。与其他晶圆生产线工具相比，其典型的吞吐量约为每小时60片晶圆，这是大批量生产的瓶颈。"这是tsv尚未起飞的原因之一，尤其是在目前的市场条件下，" Stromberg称。
理论上，可以在流中添加多个粘接/脱粘工具，但每个工具的成本高达数百万美元或更多，这是一个昂贵的提议。然而，与其他fab工具一样，粘接和脱粘设备供应商已经在工具中添加了多个腔室，以提高吞吐量(以及适应各种不同的粘接和脱粘工艺流程)。例如，总部位于奥地利的EV Group去年推出了EVG850临时粘接和脱粘(TB/DB)工具。EVG850TB/DB建立在公司的XT框架平台上，可以容纳多达9个工艺模块，比EVG之前的临时粘接和脱粘工具的加工能力提高了一倍。
性能收益vs.成本收益
不过，在内存和逻辑产品的TSV制造中出现临时晶圆键合和脱粘之前，还有工作要做，而不仅仅是在吞吐量方面。Matthias说，有许多工艺流程都有可能扩展到内存生产中。即便如此，当涉及到这些设备的大批量生产时，该行业正面临一个陡峭的学习曲线，从化合物半导体的生产运行中涉及数千个晶圆，到用于移动电话等消费设备的内存和逻辑生产运行中涉及的数万个晶圆。
“就设计而言，这可能是相当具有挑战性的，”Matthias指出，他指的是是否在这样的生产环境中实现tsv的问题。
Matthias的同事、EV Group的业务发展经理Thomas Uhrmann表示:“但我想说的是，该行业已经超越了可行性研究阶段，现在处于可靠性和基础设施阶段。”Uhrmann表示，在吞吐量问题上尤其如此，他承认这是更广泛采用tsv的一个关键问题。
但这不仅仅是提高吞吐量的问题。临时粘接和脱粘工具上的多个模块对于适应不同的步骤和工艺流程也很重要。该过程中的另一个挑战是使用粘合剂将薄器件晶圆粘结到临时载体晶圆上，这样它就可以经历反向细化和TSV形成所需的其他工艺步骤。
在该工艺中使用的一些粘合剂的热特性是这样的，它们不能在化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)工艺的高温下生存，通常用于制造内存和逻辑器件。Uhrmann表示，目前行业内正在做大量工作来提高临时粘合过程中使用的粘合剂的热稳定性，而一些公司已经实施了与粘合剂兼容的低温CVD/PVD工艺。
他说:“我们仍在研究抗高温的能力。”“这是一个持续的过程。”
随着逻辑和存储芯片制造商明确计划，或至少考虑在两到三年内实现tsv的生产，所使用的粘接/脱粘类型可能取决于所涉及的特定设备和相关的生产成本。马蒂亚斯说，一些设备需要较高的工艺温度，而目前生产的一些粘合剂可以承受更高的温度。Uhrmann认为，在生产方面，有一些相关的实际原因需要保持较高的工艺流程，尽管与三到五年前相比，这些原因的必要性有所降低。
此外，能够在较低的温度下进行加工，在工艺流程方面提供了额外的灵活性，大多数主流芯片制造商正在考虑在200至320度范围内结合CVD/PVD工艺的键合和脱粘工艺，Matthias说。
Uhrmann表示，虽然在粘接和脱粘以及TSV生产方面，该行业仍有一个学习过程，但随着更多晶圆的加工和更多统计数据的收集，可以在与上下游生产流程的集成方面进行改进。他说:“这将使我们能够优化临时粘接和脱粘工艺流程。”
正如马蒂亚斯所总结的那样:“在这个领域工作非常有挑战性，也很有趣。”
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